EVOLUČNÍ BIOLOGIE Miloš Macholán Laboratoř genetiky a embryológie Ustav živočišné fyziologie a genetiky AV CR Veveří 97, 602 00 Brno e-mail: macholan@iach.cz tel.: 532290138 541212292 Literatura Skripta: Flegr, J. (1994): Mechanismy mikroevoluce. Karolinum Praha. Učebnice: Flegr, J. (2005): Evoluční biologie. Academia Praha. Knihy: Zrzavý, J., Storch, D., Mihulka, S. (2004): Jak se dělá evoluce. Paseka. Flegr, J. (2006): Zamrzlá evoluce. Galileo, Academia Praha. EVOLUCE A EVOLUČNÍ BIOLOGIE „evoluce" - Albrecht von Haller (1774): •vývoj individuálního embrya •v podstatě ontogenetický vývoj podle předem daného programu •preformismus EVOLUCE: v širším měřítku = změna •politika, ekonomie, technologie, automobily, vědecké teorie atd. BIOLOGICKÁ EVOLUCE = geneticky podmíněná a dědičná změna vlastností organismů mezi generacemi stavba, funkce a organizace organismů nebo jejich částí chování a vzájemné vztahy KULTURNÍ EVOLUCE Evoluce a evoluční biologie EVOLUČNÍ biologie : vědní obor zkoumající obecné zákonitosti biologické evoluce vlastnosti a mechanismy procesu evoluce T. Dobzhansky: ("Nothing in biology makes sense except in the light of evolution") Evoluce a evoluční biologie VLASTNOSTI BIOLOGICKÉ EVOLUCE •živé systémy (reprodukce, proměnlivost, dědičnost) •termodynamická otevřenost, disipativnost •systémy s pamětí - kumulace změn •neomezená dědičnost •adaptace, účelné uspořádání •kladogeneze teleologie: vše se děje za určitým účelem (účelnost ^ účelovost) ťinalismus: směřování k předem danému cíli -Teilhard de Chardin: „bod omega" •je náhodná (procesy a mechanismy deterministické a stochastické) •je oportunistická - nenachází globální optima xx Evoluce a evoluční biologie aiíSř&tfišSfr Evoluce a evoluční biologie VLASTNOSTI BIOLOGICKÉ EVOLUCE •živé systémy (reprodukce, proměnlivost, dědičnost) •termodynamická otevřenost, disipativnost •systémy s pamětí - kumulace změn •neomezená dědičnost •adaptace, účelné uspořádání •kladogeneze teleologie: vše se děje za určitým účelem (účelnost ^ účelovost) ťinalismus: směřování k předem danému cíli -Teilhard de Chardin: „bod omega" •je náhodná (procesy a mechanismy deterministické a stochastické) •je oportunistická - nenachází globální optima •nemá záměr ani cíl (ani přežití druhů!) •je nemorální (tj. ani morální ani a morální) •není progresivní xx Evoluce a progres Evoluce a evoluční biologie EVOLUTION OF MAN.., WHL WřJITISB PBWWfi, *s§air* ä geätnwe HEJTOOWL. >WííINM Evoluce a evoluční biologie STRUKTURA EVOLUČNÍ BIOLOGIE 2 základní otázky: Jaká je historie života? Jaké jsou mechanismy? •systematika •populační a evoluční genetika •paleontologie •evoluční vývojová biologie •evoluční ekologie •behaviorální ekologie •evoluční fyziologie •evoluční morfologie Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem 2. Darwinova evoluční teorie 3. evoluční biologie na přelomu 19. a 20. stol. 4. Moderní syntéza a současný vývoj Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem antika a středověk: Anaximandros: lidé a živočichové se vyvinuli z ryb Empedokles: náhodné kombinace různých částí těla Platón ^ křesťanská filozofie Aristoteles Platón a Bůh Scala Naturae kreacionismus Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem konec 17. stol. až Velká francouzská revoluce: FRANCIE Georges-Louis Leclerc de Buff on: •od 1749 Histoire Naturelle •stáří Země = 168 000 let •příbuzné druhy ze společného předka, modifikace klimatickými faktory Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem konec 17. stol. až Velká francouzská revoluce: NĚMECKO Immanuel Kant, Lorenz Oken {Naturphilosophen), J. W. Goethe BRITÁNIE Erasmus Darwin: 1794 Zoonomia Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem 19. století: Jean Baptisté de LAMARCK (1744-1829) 1809: Philosophie zoologique 1. vrozená vnitřní tendence ke změně 2. dědičnost získaných vlastností •neustálý spontánní vznik jednoduchých organismů •změna druhů k vyšší organizovanosti (transformismus) •počet druhů neměnný LAMARCKISMUS Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ (a) 1. před Darwinem transformismus (b) O -H (X Současná Seals Naturae Spontánní vznik nejjednodušších forem Čas t Přítomnost darwinismus (c) O bO •-Q dQ >U 0 dO Q 1>Q cQ dQ ^ kataklysma a nové stvoření «Ô bČ> cO ^O aO bO kreacionismus Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem 19. století: Lamarckova kritika —» Georges Cuvier (1769-1832) •přírodní teologie: William Paley •paleontologie: Richard Owen •geologie: Charles Lyell Základy geologie uniformitarianismus (James Hutton) •Robert Chambers: Vestiges of the Natural History of Creation (1844) Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 2. Darwinova evoluční teorie Charles Robert DARWIN (1809-1882) •medicína v Edinburghu •teologie v Cambridge •1831-1836: H.M.S. Beagle ::■ ' ' ■ " ■ ::: I ': "1*r-" ' "T"' yá'^ř - jdi. 'wĚ 1 -*; ■' ■?■■■ Vr"^ •■'ř* -i^ Evoluce a evoluční biologie Zdroje Darwinovy teorie: 'Lyellovy Základy geologie ►plavba na Beagle: - Kapverdské ostrovy - Argentina (glyptodon, mastodont, kůň) - Galapágy (želvy, leguáni, pěnkavy) 'Thomas Malthus (1798) '.Pojednání o zákonitostech populace (Essay on the Principle of Population) •Příčiny a mechanismus evoluce - původ postupnou úpravou (descent with modification)1838 •1844: krátké shrnutí myšlenek (mělo být vydáno posmrtně) •1858: A. R. Wallace —» Linnean Society •1859: O původu druhů přírodním výběrem aneb zachování zvýhodněných odrůd v boji o život (On the Origin of Species by means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle f or Life) f^if - - Evoluce a evoluční biologie Alfred Rüssel WALLACE (1823-1913) O sklonu variet nekonečně se odchylovat od původního typu (On the Tendency of Varieties to Depart Indefinitely from the Original Type) Darwinova teorie = DARWINISMUS: 1. Původ všech druhů ze společného předka ne nadpřirozenou bytostí ne samoplození divergence akumulací drobných změn 2. Teorie přírodního výběru Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 3. evoluční biologie na přelomu 19. a 20. stol. Problémy Darwinovy teorie: •čas: William Thomson, lord Kelvin - stáří Země •kambrijské zkameněliny max* 200 miL let •vznik složitých orgánů •neznalost teorie dědičnosti: směsná dědičnost pangeneze (gemmuly) Thomas Henry Huxley, Joseph Hooker, Asa Grey •Ernst Haeckel: zákon rekapitulace •Herbert Spencer: sociální darwinismus •marxismus Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 3. evoluční biologie na přelomu 19. a 20. stol. Alternativní teorie 1. Ortogeneze: Megaceros giganteus Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 3. evoluční biologie na přelomu 19. a 20. stol. Alternativní teorie 2. Neolamarckismus: »Paul Kammerer, Arthur Koestler •lysenkismus: Trofim Děnisovič Lysenko •August Weismann: soma + zárodečná plazma (germen) (a) «■» ^o^O^o^í ^'< ^^' ^ . <^^x v y^^x Zárodečná buňka -O--------"O Zárodečná buňka Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 3. evoluční biologie na přelomu 19. a 20. stol. Způsob vývoje zárodečných buněk a počet žijících druhů u živočii sných skupin (většinou 1 NEODARWINISMUS v užším smyslu Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 4. Moderní syntéza a současný vývoj •Theodosius Dobzhansky (1900-1975) »Ernst Mayr (1904-2005) 1937 - Genetika a původ druhů »George Gaylord Simson (1902-1984) (Genetics and the Origin of Species) »George Ledyard Stebbins (1906-2000) •Edmund B. Ford (1901-1988) 1964 - Ekologická genetika (Ecological Genetics) •Julian S. Huxley (1887-1975) 1942 - Evoluce: Moderní syntéza (Evolution: The Modern Synthesis) •1947 Princeton •1949 Genetika, paleontologie a evoluce (Genetics, Paleontology, and Evolution) Syntetická teorie evoluce = Moderní syntéza -> NEODARWINISMUS v širším smyslu Evoluce a evoluční biologie (a) Podle anatomie byla evoluční sekvence moderních obratlovců tato: ryby obojživelníci plazi VGI nikoli tato: ryby savci obojživelníci plazi (b) Pořadí hlavních skupin obratlovců ve fosilním záznamu Recent Třetihory Křída Jura Trias Perm Pennsylv. Mississ. Devon Silur Ordovik Agnatha